SOS-Signal kurbelt Resistenzaustausch an

Wird das Erbgut von Bakterien beschädigt, reagieren die Einzeller mit einer SOS-Antwort. Diese stimuliert auch den Austausch von Resistenzgenen unter den Bakterien, wie amerikanische Forscher nun entdeckten.

Resistenzen gegen Antibiotika breiten sich rasant aus, wodurch die so lebenswichtigen Substanzen immer öfter unwirksam werden. Wenn einer der Einzeller durch Mutation ein Gen zum Widerstand gegen ein Antibiotikum entwickelt hat, tauschen sich die Bakterien einfach untereinander aus.

Einer der möglichen Gründe hierfür ist, dass der horizontale Genaustausch an ein bakterielles Reparatursystem angekoppelt ist, wie Wissenschaftler um John Beaber und Bianca Hochhut von der Tufts University School of Medicine in Massachusetts in der Zeitschrift Nature berichten (Band 427, Seite 72 bis 74). Wird bakterielles Erbgut beschädigt - etwa durch ultraviolettes Licht oder bestimmte Klassen von Antibiotika (Fluorochinolone und Dihydrofolat-Reduktase-Inhibitoren) -, reagiert die Zelle mit einem Hilferuf, der so genannten SOS-Antwort. Diese setzt ein System in Gang, das den Schaden in der DNA schnellstens behebt.

Wie die Wissenschaftler herausfanden, aktiviert dieses Signal neben der DNA-Reparatur auch ein bis dahin stillgelegtes mobiles genetisches Element namens SXT im Bakteriengenom. Mobile genetische Elemente sind kurze DNA-Abschnitte, die über Zell-Zell-Kontakte von einem Mikroorganismus in den nächsten wechseln können und dort in das Genom integriert werden. Das zuerst bei dem im Darm lebenden Choleraerreger, Vibrio cholerae, identifizierte Element SXT trägt unter anderem Resistenzgene gegen Chloramphenicol und Streptomycin. Im Allgemeinen unterdrückt ein Repressor die Mobilität dieses Elements, indem es die zwei Gene setC und setD stilllegt.

Durch die SOS-Antwort löst sich jedoch die Repression, die beiden Gene können abgelesen werden, wodurch die Aktivatoren SetC und SetD entstehen. Diese sind für das anschließende Ausschneiden des SXT-Elements, das die Resistenzgene enthält, und seinen Transfer auf andere Bakterien verantwortlich. Über diesen Mechanismus kurbeln Antibiotika selbst die Verbreitung von Resistenzen an.

Wie Beaber und Hochhut in Zellkulturversuchen aufzeigten, ist SXT mittlerweile nicht mehr auf Vibrio cholerae beschränkt. Auch das Magenbakterium Escherichia coli kann sich mithilfe von SXT gegen mindestens vier Antibiotika immun machen. Eine weitere Ausbreitung in anderen Bakterienstämmen ist sehr wahrscheinlich.

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